陆地棉H+-PPase基因家族全基因组鉴定及表达分析

作者：朱心慧; 王冬梅; 曹孜怡; 冯群; 鲍晴; 汪保华; 方辉^*

来源：南方农业学报, 2023, 54(05): 1363-1373.

• 陆地棉
• H+-PPase基因家族
• 全基因组分析
• 纤维发育
• 表达分析

【目的】鉴定陆地棉跨膜质子泵焦磷酸酶(H+-PPase)基因家族成员，并分析其表达模式，为探究该家族基因的功能和调控机制及优质纤维棉育种提供理论依据。【方法】从Pfam数据库获取H+-PPase基因家族(PF03030)的隐马尔可夫模型文件，从陆地棉基因组中筛选包含H+-PPase家族保守结构域的成员，运用生物信息学方法对其理化性质、进化关系、基因定位、共线性关系、基因结构、顺式作用元件和表达模式进行分析，并利用实时荧光定量PCR检测10个在棉纤维发育中表达的侯选基因表达情况。【结果】从陆地棉全基因组水平上鉴定出20个H+-PPase基因家族成员(GhH＿PPase1～GhH＿PPase20)，分布在12条染色体上，基因长度为2531～11810 bp，编码的氨基酸残基数为575～803个，蛋白分子量为60087.76～85197.58 Da，均为疏水性的酸性蛋白，可分为亚族Ⅰ(4个)、亚族Ⅳ(4个)和亚族Ⅴ(12个)三大分支。片段复制事件是陆地棉H+-PPase基因家族扩张的主要驱动力，位于染色体A05和D05上的H＿PPase1、H＿PPase2、H＿PPase11和H＿PPase12可能是进化过程中种间传播的主要基因，且陆地棉基因与单双子叶植物的共线性均较低，可能经历了独立的进化事件。有14个GhH＿PPases蛋白含有10个保守基序，且排列顺序完全相同；其余6个基因的保守基序差异较明显，可能具有不同的功能。20个GhH＿PPases基因启动子区域存在大量光响应元件、胁迫响应元件和激素反应元件。陆地棉H+-PPase基因家族成员的表达具有时空特异性，且相对于其他亚家族，亚族Ⅴ的较多基因在棉花纤维发育过程中发挥更重要的作用。【结论】陆地棉H+-PPase基因家族发生了一定程度的功能分化，多种响应元件协同参与生长发育和逆境应答，部分基因在陆地棉纤维伸长期和次生壁加厚期发挥重要的调控作用。

• 单位
  南通大学; 生命科学学院